问题 解答题
已知函数f(x)=
-x3+x2+bx+c,x<1
alnx,x≥1
的图象过坐标原点O,且在点(-1,f(-1))处的切线的斜率是-5.
(I)求实数b、c的值;
(Ⅱ)求f(x)在区间[-1,2]上的最大值;
(Ⅲ)对任意给定的正实数a,曲线y=f(x)上是否存在两点P、Q,使得△POQ是以O为直角顶点的直角三角形,且此三角形斜边中点在y轴.若存在请证明,若不存在说明理由.
答案

(Ⅰ)当x<1时,f'(x)=-3x2+2x+b.

依题意,得

f(0)=0
f′(-1)=-5
c=0
-3-2+b=-5
解得b=c=0.…(4分)

(II)由(I)知,f(x)=

-x3+x2,x<1
alnx,x≥1.

①当-1≤x<1时,f′(x)=-3x2+2x=-3x(x-

2
3
),

f′(x)=0得x=0或x=

2
3
.x变化时,f'(x),f(x)的变化如下表:

x(-1,0)0(0,
2
3
)
2
3
(
2
3
,1)
f'(x)-0+0-
f(x)单调递减极小值单调递增极大值单调递减
f(-1)=2,f(
2
3
)=
4
27
,f(0)=0

∴f(x)在[-1,1)上的最大值为2.

②当1≤x≤2时,f(x)=alnx.

当a≤0时,f(x)≤0;当a>0时,f(x)在[1,2]上单调递增,

∵f(x)在[1,2]上的最大值为aln2.

综上所述,当aln2≤2,即a≤

2
ln2
时,f(x)在[-1,2]上的最大值为2;

aln2>2,即a>

2
ln2
时,f(x)在[-1,2]上的最大值为aln2.…(10分)

(III)假设曲线y=f(x)上存在两点P、Q满足题设要求,

则点P、Q只能在y轴的两侧,不妨设P(t,f(t))(t>0),则Q(-t,t3+t2),

显然t≠1∵△POQ为直角三角形,∴

OP
OQ
=0,即-t2+f(t)(t3+t2)=0.(1)

是否存在P、Q等价于方程(1)是否有解.若0<t<1,则f(t)=-t3t2

代入(1)式得,-t2+(-t3+t2)(t3+t2)=0,即t4-t2+1=0,而此方程无实数解,

因此t>1.∴f(t)=alnt,代入(1)式得,-t2+(alnt)(t3+t2)=0,

1
a
=(t+1)lnt(*)考察函数h(x)=(x+1)lnx(x≥1),

h′(x)=lnx+

1
x
+1>0,∴h(x)在[1,+∞)上单调递增,

∵t>1,∴h(t)>h(1)=0,当t→+∞时,h(t)→∞,

∴h(t)的取值范围是(0,+∞)

∴对于a>0,方程(*)总有解,即方程(1)总有解.

因此对任意给定的正实数a,曲线y=f(x)上总存在两点P、Q使得△POQ是以点O为直角顶点的直角三角形,且此三角形斜边中点在y轴上.…(14分)

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